Mintatesztelő szoftver fejlesztése line scan kamerás alkalmazásokhoz Bodolai Tamás tanársegéd Miskolci Egyetem, Elektrotechnikai – Elektronikai Tanszék KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS A kutató munka a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0008 jelű projekt részeként – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. BEVEZETÉS Kutatási témám keretén belül, amelyben érintésmentes rezgésmérésekkel1 foglalkozom, jelenleg a line scan kamerák használhatóságát vizsgálom rezgés- és elmozdulásmérés céljára. A line scan kamerák olyan speciális digitális kamerák, amelyekben a képfeldolgozó szenzor pixelei egy sorban helyezkednek el, azaz rendre 1x4096, 1x6144, 1x8192 vagy 1x16384 képpontnak megfelelő képet képesek készíteni. Ezek a kamerák elmozdulás- és rezgésmérések céljára a felbontásuk és igen magas sorfrekvenciájuk miatt alkalmasak. A mérendő felületen alkalmazott, speciális kialakítású minta felhasználásával a kamerával készített képből visszanyerhető a mérendő test térbeli elhelyezkedését leíró koordináták jelentős része (összesen hat koordinátából négy, esetleg öt). A mérések minőségét, illetve az elkészített képekből visszanyerhető elmozdulást leíró koordináták számát nagymértékben az alkalmazott minta határozza meg. A mintatesztelő szoftver megírásával célom a már iparban alkalmazott minták, illetve az általam fejlesztett minta tesztelése különböző esetekre. ELMOZDULÁS-, REZGÉSMÉRÉS LINE SCAN KAMERÁVAL Line scan kamerával a mérés, legyen az elmozdulás- vagy rezgésmérés, a következő elv alapján történik. A mérni kívánt felületre egy mintát rögzítünk. A kamerát a hozzá illesztett objektívvel úgy helyezzük el, hogy a felragasztott mintát teljes hosszában érzékelni tudja (1. ábra). A mintában elhelyezett különböző meredekségű átmenetek a különböző térbeli elmozdulások hatására más-más eredményt adnak a kamera szenzorára. A line scan kamerák a magas sorfrekvencia miatt hatalmas adatmennyiséget állítanak elő nagyon rövid idő alatt. Azonban a készített képekben ebben az esetben csak az átmenetek koordinátái hordoznak információt, így a nagy adatmennyiség hardveres előfeldolgozóval a töredékére csökkenthető.
7
1. ábra Ultrahangos mérés elve A MINTATESZTELŐ SZOTVER FELHASZNÁLÓI FELÜLETE, HASZNÁLATA A felhasználói felületet szimmetrikusan alakítottam ki. A bal oldalon látható képen mindig az a minta jelenik meg, amelyet éppen vizsgálni kívánunk, méghozzá abban az állapotban, amikor a vizsgált test még nem mozdult el. A program minden elfordulás- és elmozdulásértéket ehhez a kiindulási helyzethez fog kiszámolni. Középen, felül azok a transzformációs paraméterek láthatóak, amelyekkel a kiindulási állapotunkból a mérendő felületet el akarjuk forgatni, mozgatni. Itt beállíthatjuk a Descartes-féle koordinátarendszerben a tengelyek menti elmozdulás értékeket, illetve a tengelyek körüli elfordulások mértékét is. A jobb oldali képen az itt beállított paramétereknek megfelelő transzformált kép jelenik meg. A képen függőleges vonal jelzi azt a pixelsort, amelyet a valóságban egy line scan kamera érzékelne. Piros pontokkal jelöltem a vonal mentén detektált átmeneteket. Középen lehetőség van bekapcsolni és beállítani a perspektivikus megjelenítést is. Ennek akkor van nagy jelentősége, amikor rezgésmérés esetét vizsgálom, ugyanis ilyenkor a képtávolság lecsökken, és a perspektivikus torzítás hatása felerősödik. Középen, alul egy nyomógomb segítségével menthetem el a beállított paramétereket és a hozzájuk tartozó, kamera által érzékelt átmenetek indexeit. A program elindítását követően, a gomb első megnyomásakor kell megadni a file nevét az adatok számára. Ezt követően az újbóli megnyomáskor a megadott file-hoz csak hozzáíródnak az új beállítások és eredmények. A felhasználói felület alján, fehér alapon függőleges, fekete vonalak láthatóak. Ezen terület felső részén a kiindulási helyzetnek megfelelő átmenetindexek vannak fekete vonalakkal jelölve, amíg az alsó részen az aktuális transzformációknak megfelelők. Ezen terület célja, hogy szemléletessé tegye a különböző tengelyeken végzett transzformációk egyedi és kombinált hatásait. 8
2. ábra Ultrahangos mérés elve A jobb oldali kép alatt elhelyezkedő feliratok az alsó részhez hasonló szerepet töltenek be, az átmenetek indexeit és néhány lényegesebb átmenet távolságát jelenítik meg. A bal oldali kép alatt választható ki, hogy a Lim & Lim által kialakított2, vagy az általam fejlesztett mintával dolgozzon a program. Amennyiben az utóbbi kerül kiválasztásra, úgy egyéb paraméterek beállításra is lehetőség van, például: minta szélessége, legkisebb függőleges irányú távolság és a mintában jelenlévő legmeredekebb egyenes meredeksége. TRANSZFORMÁCIÓK KEZELÉSE A SZOFTVERBEN A szoftverben a vizsgált minták matematikai formulákkal vannak leírva. Ez lényeges a transzformációk pontos kiszámításához és a későbbiekben kidolgozandó számítási algoritmusok szempontjából is. A Descartes-féle koordinátarendszer tengelyeit a felhasználói felület bal oldali képén a következőképpen értelmezem: a kép közepétől vízszintesen jobbra az „x” tengely, függőlegesen felfelé az „y” tengely, és a „z” tengely a képet szemlélő felé mutat. Minden transzformációhoz egy 4x4-es transzformációs mátrix tartozik. A transzformációk sorrendje lényeges. Először az „x” tengely (MROTX), majd az „y” (MROTY) és végül a „z” tengely körüli elforgatások (MROTZ) transzformációja hajtódik végre. Ezt követi ez eltolásokat tartalmazó mátrix (Mtrans), és legvégül a perspektivikus vetítés mátrixai (Mpres, Mpres_trans), amennyiben ez a felhasználói felületen be van kapcsolva. Az alábbi formulákban a „v” egy kiszámítandó pont koordinátáit tartalmazó vektor, „r” a forgatások és eltolások után kapott vektor, az „rpres” a perspektivikus vetítés eredményét tartalmazó vektor.
9
r = M trans ⋅ M ROTZ ⋅ M ROTY ⋅ M ROTX ⋅ v ⎡rx ⎤ ⎡1 ⎢r ⎥ ⎢0 ⎢ y⎥ = ⎢ ⎢rz ⎥ ⎢0 ⎢ ⎥ ⎢ ⎣ra ⎦ ⎣0
0 0 x⎤ ⎡cosγ − sinγ 1 0 y⎥⎥ ⎢⎢sinγ cosγ ⋅ 0 1 z⎥ ⎢ 0 0 ⎥ ⎢ 0 0 1⎦ ⎣ 0 0
0 0⎤ ⎡ cosβ 0 0⎥⎥ ⎢⎢ 0 ⋅ 1 0⎥ ⎢− sinβ ⎥ ⎢ 0 1⎦ ⎣ 0
0 sinβ 0⎤ ⎡1 0 0 0⎤ ⎡vx ⎤ ⎢ ⎥ 1 0 0⎥ ⎢0 cosα − sinα 0⎥⎥ ⎢⎢vy ⎥⎥ ⋅ ⋅ 0 cosβ 0⎥ ⎢0 sinα cosα 0⎥ ⎢vz ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ 0 0 1⎦ ⎣0 0 0 1⎦ ⎣va ⎦
rpres = M pres ⋅ M pres _ trans ⋅ r ⎡rpresX ⎤ ⎡1 ⎢r ⎥ ⎢0 presY ⎢ ⎥=⎢ ⎢ rpresZ ⎥ ⎢0 ⎢ ⎥ ⎢0 ⎢⎣ rpresA ⎥⎦ ⎢ ⎣
0 1 0
0 0
0 1 0 − dk
0 ⎤ ⎡1 0⎥⎥ ⎢0 ⎢ 0 ⎥ ⋅ ⎢0 ⎥ 1⎥ ⎢ 0 ⎦ ⎣⎢
⎤ ⎡ rx ⎤ ⎥ ⎢ ⎥ ry dk ⎥ ⋅ ⎢ ⎥ 0 1 d k − ⎥ ⎢ rz ⎥ m⎥ ⎢ ⎥ 0 0 1 ⎦⎥ ⎣ ra ⎦
0 0 1 0
0 0
Az összes számítás dupla pontosságú, lebegőpontos számokkal történik, kerekítés csak a legvégső lépésben, a megjelenítésnél, a pixelek hozzárendelésekor van. Az eredménykép az általam használt kamera felbontásának megfelelően 6144x6144 képpontot tartalmaz, így minimális a kerekítésekből adódó hibák mértéke. FEJLESZTÉS FOLYTATÁSA A bemutatott szoftver még nem nyerte el végső formáját. A jövőben több fontos fejlesztés vár rá. Az első, talán legfontosabb lépés, hogy az általam tervezett mintákhoz az elmozdulások visszafejtő algoritmusát is implementáljam. Ezt követően, összevetve az eredetileg beállított, és az algoritmusokkal visszafejtett eredményeket, a szoftver hibaszámításra is alkalmas lesz. Ezzel a funkcióval megtervezhetjük egy-egy méréshez az optimális mintaparamétereket. A másik, elsősorban rezgésmérés kapcsán felmerülő lényeges pont a homályosodás kérdése. A nagyítás növelésével szükségszerű a képtávolság csökkentése is, amely magával vonja a mélységélesség csökkenését.3 A mérésekben „x” tengely menti elfordulás esetén ez a minta homályosodását idézheti elő. Ezért a jövőben szükségszerűnek tartom, hogy a szoftver ezt a hatást is szimulálni tudja.
10
KÖVETKEZTETÉS A szoftver nagymértékben segített megérteni, feltérképezni a mintán végbemenő transzformációk hatásait. Ezen felül az adatok megfelelő formátumú mentésével azoknak a kapcsolatoknak a megragadását is megkönnyíti, amelyeket felhasználva a visszafejtő algoritmusok kidolgozása könnyebbé, tesztelésük egyszerűbbé válik. A szoftver használata az algoritmusok fejlesztésénél kiküszöböl néhány olyan tényezőt, amely egy valóságos mérés kapcsán akaratlanul is fellépne, mint például a kamera rezgése, objektív torzítása. A tervezett fejlesztések beépítése után úgy gondolom, hogy a gyakorlatban, mérések tervezésében nagy segítséget fog nyújtani a program. REFERENCIÁK [1] Rao, Singiresu S., Mechanical Vibrations SI, 2010, USA [2] Lim, M.-S., and Lim, J. Visual measurement of pile movements for the foundation work using a high-speed line-scan camera. 2008, Pattern Recognition, 41(6), 2025-2033. [3]Sárközi, Dr. Sevcsik, Kún, Fotósok könyve, 1977, Budapest
11
TARTALOMJEGYZÉK Antal Dániel EJTÉSI TESZT EGYSZER SÍTETT MODELLEZÉSE A TERVEZÉS FÁZISÁBAN
1
Bodolai Tamás MINTATESZTEL SZOFTVER FEJLESZTÉSE LINE SCAN KAMERÁS ALKALMAZÁSOKHOZ
7
Bodzás Sándor DESIGNING AND MODELLING OF WORM GEAR HOB
12
Burmeister Dániel BUCKLING OF SHELL-STIFFENED AND AXISYMMETRICALLY LOADED ANNULAR PLATES
18
Daróczy Gabriella EMOTION AND THE COMPUTATIONAL MODEL OF METAPHORS
24
Drágár Zsuzsa NEM SZABVÁNYOS SZERSZÁM-ALAPPROFIL KIALAKÍTÁSÁNAK LEHET SÉGEI FOGASKEREKEKHEZ
30
Fekete Tamás MEMBRÁNOK ALKAKMAZÁSA SZINKRON VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ HIDRAULIKUS HAJTÁSOKBAN
35
Ferenczi István MODELING THE BEHAVIOR OF PROFINET IRT IN GIGABIT ETHERNET NETWORK 41 Ficsor Emese AUTOMATIZÁLT AZONOSÍTÁSTECHNIKAI ÉS NYOMONKÖVETÉSI LEHET SÉGEK VIZSGÁLATA INTERMODÁLIS SZÁLLÍTÁS SORÁN
47
Gáspár Marcell Gyula NAGYSZILÁRDSÁGÚ ACÉL HEGESZTÉSTECHNOLÓGIÁJÁNAK FEJLESZTÉSE A H LÉS ID ELEMZÉSÉVEL
54
Hriczó Krisztián NEMNEWTONI FOLYADÉKOK HATÁRRÉTEG ÁRAMLÁSÁNAK HASONLÓSÁGI MEGOLDÁSAI KONVEKTÍV FELÜLETI PEREMFELTÉTELEK MELLETT 60 Kelemen László Attila DOMBORÍTOTT FOGAZAT MATEMATIKAI MODELLEZÉSE FOGASGY R S TENGELYKAPCSOLÓKHOZ 66
Krizsán Zoltán STRUCTURAL IMPROVEMENTS OF THE OPENRTM ROBOT MIDDLEWARE 72 Mándy Zoltán A POSSIBLE NEURAL NETWORK FOR A HOLONIC MANUFACTURING SYSTEM 78 Simon Pál GRAFIKUS PROCESSZOROK ALKALMAZÁSA KÉPFELDOLGOZÁSI FELADATOKRA
84
Skapinyecz Róbert OPTIMALIZÁLÁSI LEHET SÉGEK VIZSGÁLATA EGY E-PIACTÉRREL INTEGRÁLT VIRTUÁLIS SZÁLLÍTÁSI VÁLLALATNÁL 90 Somosk i Gábor COLD METAL TRANSFER – THE CMT PROCESS Szabó Adél Anett A TELJES KÖLTSÉG KONCEPCIÓ BESZERZÉSI GYAKORLATBAN
JELENT SÉGE
96 A
Szamosi Zoltán MEZ GAZDASÁGI HULLADÉKOK VIZSGÁLATA Szilágyiné Biró Andrea BETÉTEDZÉS ACÉLOK KARBONITRIDÁLÁSA
KÜLÖNBÖZ
VÁLLALATI 102 108
H MÉRSÉKLET 114
Tomkovics Tamás DARABÁRU OSZTÁLYOZÓ RENDSZEREK KISZOLGÁLÁSI STRATÉGIÁIT BEFOLYÁSOLÓ JELLEMZ K; A RENDSZEREK MODULJAI KÖZÖTTI ÖSSZEFÜGGÉSEK FELTÁRÁSA 120 Tóth Zsolt EL REDUKCIÓ ALKALMAZÁSA A TBL ALGORITMUS ID KÖLTSÉGÉNEK CSÖKKENTÉSÉRE 126 Varga Zoltán KONKRÉT LOGISZTIKAI MINTARENDSZER MODELLEZÉSE
131
Vincze Dávid MATLAB INTERFACE FOR THE 3D VIRTUAL COLLABORATION ARENA 137 Wagner György INTENZÍTÁS BÁZISÚ OPTIMALIZÁLÁS FORGÁCSOLÁSI PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSÁHOZ 143
